CN1587927A - 汽车载重量车载动态检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车载重量车载动态检测装置，由载货车厢，测力传感器，加速度测量仪，控制显示键盘组成，自动化程度高，操作简便，仅需驾驶员一人便可在行驶中的驾驶室内完成对实际载重量的直接测量、载重量的自我监测和超载预警。该装置可作为现代载重汽车必备的功能性装置装备汽车。
Description
本发明属汽车称重技术，具体说它涉及汽车载重量车载动态检测装置。
随着交通运输事业的发展，运输量越来越大，随之而来的汽车超载情况也越来越严重。它不仅是造成交通事故的主要原因之一，而且严重地损害了公路路面的质量，为此给国家造成巨大的经济损失，已成为一种社会公害，引起了国家有关部门的高度重视，国家和地方多次下大力气进行超载整治。现有技术汽车载重量的检测方法是利用汽车衡和动态汽车衡进行检测，汽车衡不能移动，不能随处安装，动态汽车衡虽可移动，但由于笨重，需用专车运输，在检测时需临时安装，这两种方式都是将汽车自重和载重量一起进行称量，再将汽车自重扣出后算出实际载重量，而不能直接检测出实际载重量，由于不是车载检测，对驾驶员不能起到警示作用，给超载提供了可乘之机，也给执法和维护执法成果造成了一定难度。
中国专利说明书《汽车荷重秤》公告号CN2110864U公开的文献，虽然将汽车载重量的检测装置装在了汽车上，克服了地秤的缺点，但它仍存在如下一些弊病。
1、由于位移传感器安装在汽车大梁和4个轮轴间，把汽车起减振作用的板弹簧组片作为称重传感器的敏感元件之一，同时将板弹簧的形变用另一位移传感器来转换，于是造成了两次敏感转换，无疑转换误差扩大了一倍。
2、这种秤的支承结构必然会造成同一货物在车厢的不同位置会得出不同的称量结果，这种误差用计算机也难于修正，严重的会造成车厢底平面(作为秤的秤盘)在称重时倾斜，不符合衡器对其支承机构的要求。
3、传感器长期处于负载状态下，特别是汽车行进中所承受的载荷很大，会大大缩短其使用寿命。
4、上述专利说明书所标注的秤的总精度未能达到国家规定的数字指示秤(四级秤)准确度不应低于满量程的1/400＝0.0025＝0.2 5％的技术要求。参考《JJG539-97中华人民共和国国家计量检定规程数字指示秤》。
为杜绝超载，除加大执法力度外，从技术角度上必须寻找出一种装载于汽车上的汽车载重量检测装置直接检测出汽车的实际载重量，使驾驶员在驾驶室就能对汽车实际载重量进行检测，让驾驶员做到心中有“数”，提高驾驶员遵纪守法的自律能力，也让执法部门做到执法方便。
本发明的目的，就是提供一种汽车载重量车载动态检测装置，使驾驶员在驾驶室就能对汽车的实际载重量进行检测。
本发明的目的是通过如下方案实现的。汽车载重量车载动态检测装置，由载货车厢，测力传感器，加速度测量仪，控制显示键盘组成，其特点在于：载货车厢安装在底盘大梁导轨之上，用锁紧机构将载货车厢固定在导轨上，当需要检测载重量的时候，放开锁紧机构，在车速改变时产生的惯性力作用下载货车厢及其货物可在大梁导轨上沿纵向移动；测力传感器用来检测使载货车厢及其货物移动的合力；加速度测量仪用来检测载货车厢及其货物移动的加速度(可正可负)；控制显示键盘由安装在汽车驾驶室内的传感器电路、数据处理电路、控制电路、显示器以及操纵按键构成，它把由测力传感器和加速度测量仪检测到的数据通过数据处理电路计算出所载货物的重量，并显示出来。
为实现上述方案，其特点在于所述载货车厢(1)与大梁导轨(3)、(4)之间采用滚动轮(16)、(17)、(18)、(19)滚动摩擦方式接触；所述测力传感器为拉式弹簧线圈(21)和传感器电路构成，弹簧线圈(21)的活动端通过绝缘棒(22)与前滚动轮(17)、(18)的轮轴(14)固定，另一端通过绝缘棒(20)和固定轴(15)固定在大梁上，弹簧线圈(21)的两端用导线(23)、(24)引出，接所述控制显示键盘(37)的传感器电路；所述加速度测量仪由拉式弹簧线圈(31)和传感器电路构成的测力传感器与已知质量为mr的参考物体组成，弹簧线圈(31)的活动端通过绝缘棒(34)固定在滚动轮轴(29)(30)上，另一端通过绝缘棒(35)和固定轴(36)固定在大梁上，弹簧线圈(31)的两端用导线(32)、(33)引出接(37)中的传感器电路，参考物体mr由同载货车厢(1)的滚动轮(16)、(17)、(18)、(19)结构相同的滚动轮(25)、(26)、(27)、(28)以及轮轴(29)、(30)构成，滚动轮(25)、(26)、(27)、(28)同样安装在导轨之上，在惯性力作用下参考物体mr可在大梁导轨上沿纵向移动；在汽车制动产生的惯性力作用下，所述载货车厢及其货物和参考物体均沿着导轨向汽车前进方向移动，测力传感器检测出的F1、F2，经(37)中的数据处理电路，按公式
(mo+mx).a-(mo+mx).g.μ＝F1……………(1)，
mr.a-mr.g.μ＝F2………………………………(2)，
即(mo+mx)(a-g.μ)＝F1…………………………(3)，
mr.(a-g.μ)＝F2…………………………………(4)，
(3)÷(4)得 mx＝(mr.F1/F2)-mo，………………(5)
计算出mx，上式中mo为已知车厢质量，mx为货物的质量，mr为已知参考物体质量，a为汽车制动时加速度，g为重力加速度，μ为车厢和参考物体与导轨间的动摩擦因素，F1为测力传感器检测出的使载货车厢mo及其货物mx移动的合力，F2为加速度测量仪中测力传感器检测出的使参考物体移动的合力。
本发明汽车载重量车载动态检测装置的另一方案，其特点在于弹簧线圈(21)的活动端通过绝缘棒(22)与后滚动轮(16)、(19)的轮轴(13)固定，另一端通过绝缘棒(20)和固定轴(15)固定在大梁上；弹簧线圈(31)的固定端通过绝缘棒(35)和固定轴(36)固定在大梁靠车头顶端，活动端通过绝缘棒(34)、固定在位于大梁靠车厢方向一端的滚动轮轴(29)(30)上；在汽车加速时产生的惯性力作用下，所述载货车厢及其货物和参考物体均沿着导轨向汽车前进的反方向移动。
本发明应用动力学方法测量物体质量，为直接动态测量汽车实际载重量提供了一条新的途径，而采用弹簧线圈传感器(详见本中请人申请并授权的实用新型专利《一种弹簧传感器》，专利号：ZL00251500.8，授权日：2001年7月6日和发明专利《一种弹簧敏感元件的转换方法》，专利号：ZL00106632.3，授权公告日：2004年9月15日)，利用弹簧线圈传感器所具有的抗冲击、耐振动、能适应恶劣和污染的使用环境、寿命长、成本低等优点，特别是抗冲击的独特性能，把它作为技术方案实施的关键器件，使本发明的目的可以实现。本发明汽车载重量车载动态检测装置，无需对现有汽车结构作大的改动，生产成本低，精度可达到《中华人民共和国国家计量检定规程》动态汽车衡(JJG907--2003)的要求。自动化程度高，操作简便，仅需驾驶员一人便可在行驶中的驾驶室内完成对实际载重量的直接测量、载重量的自我监测和超载预警。该装置可作为现代载重汽车必备的功能性装置装备汽车。
现结合附图对本发明进行进一步的阐述，
图1为本发明实施方式透视图，
图2为图1A-A剖视图，
图3为图1B-B剖视，滚轮与导轨位置关系图，
图4为弹簧传感器电路原理图。
载货车厢(1)与大梁导轨(3)、(4)之间采用滚动轮(16)、(17)、(18)、(19)滚动摩擦方式接触，通过支架(9)、(10)、(11)、(12)与滚轮(16)、(17)、(18)、(19)连接。测力传感器为拉式弹簧线圈(21)和传感器电路构成，弹簧线圈(21)的一端通过绝缘棒(22)与前滚动轮(17)、(18)的轮轴(14)固定，另一端通过绝缘棒(20)和固定轴(15)固定在大梁上；弹簧线圈(21)的两端用导线(23)、(24)引出，接控制显示键盘(37)的传感器电路。加速度测量仪由拉式弹簧线圈(31)和传感器电路构成的测力传感器与已知质量为mr的参考物体组成；弹簧线圈(31)的一端通过绝缘棒(34)固定在滚动轮轴(29)(30)上，另一端通过绝缘棒(35)和固定轴(36)固定在大梁上；弹簧线圈(31)的两端用导线(32)、(33)引出接(37)中的传感器电路；参考物体mr由同载货车厢(1)的滚动轮(16)、(17)、(18)、(19)结构相同的滚动轮(25)、(26)、(27)、(28)以及轮轴(29)、(30)构成，滚动轮(25)、(26)、(27)、(28)同样安装在导轨之上，在惯性力作用下参考物体mr可在大梁导轨上沿纵向移动。载货车厢滚轮(16)、(17)、(18)、(19)与参考物体滚轮(25)、(28)、(27)、(26)分别置于导轨(3)、(4)之中，不称重时用锁紧机构(5)、(6)和车尾挡板(7)、(8)将车厢和导轨固定，称重时放开锁紧机构(5)、(6)，在汽车制动产生的惯性力作用下，载货车厢及其货物和参考物体均沿着导轨向前进方向移动如图1、图2所示，滚轮在导轨中的位置如图3所示。
在汽车制动的过程中，作为测力传感器和加速度测量仪中的弹簧(21)、(31)将伸长，伸长的长度直接反映出F1和F2的大小，这种大小通过弹簧(21)、(31)分别构成的弹簧线圈传感器用频率物理量表示出来供测量之用。
现结合图4简述弹簧(21)、(31)构成的弹簧线圈传感器的原理(参考本申请人中请并授权的实用新型专利《一种弹簧传感器》，专利号：ZL00251500.8，授权日：2001年7月6日和发明专利《一种弹簧敏感元件的转换方法》，专利号：ZL00106632.3，授权公告日：2004年9月15日)。设弹簧线圈(21)为L1，由集成电路IC1、电阻R1、R2、电容C1组成的压控振荡器产生的周期方波信号频率f1经输出端4送入三极管G1的基极，经三极管G1驱动由电阻R3、L1串联构成的隋性电路，产生微分波形输出给三极管G2，经G2的发射极取出正半周波形经R4、C4后变成直流电压，经由集成电路IC2的10脚、9脚、8脚、电阻R7、R6、电容C3组成的放大器放大后从IC28脚输出至由集成电路IC3、电阻R8组成的电压比较器的输入端5脚；该电压与IC34脚的参考电压进行比较后从12脚输出交流电压经R9、C4积分后控制压控振荡器IC1的9脚，形成一个闭环的振荡系统。当L1在被测物理量作用下伸长时，L1电感量变小，微分波形脉冲变窄；输入电压放大器IC210脚的电压减小，电压比较器IC35脚的电压减小，输出端12电平为高电平，送入IC19脚的压控电压增大，IC1输出端4脚产生的周期方波信号频率f1升高。反之在被测物理量作用下L1的长度缩短时周期方波信号频率f1降低，测量周期方波信号频率f1，就能反映被测物理量的变化情况。
同理设弹簧线圈(31)为L2，则产生的周期方波信号频率为f2[电路原理同弹簧线圈(21)完全相同，在此省略]。
可见周期方波信号频率f1与弹簧线圈(21)的伸长成正比，因而与合力F1成正比，同理周期方波信号频率f2也与合力F2成正比。
根据等式(5) mx＝(mr.F1/F2)-mo，
于是： mx＝(mr.f1/f2)-mo。安装在汽车驾驶室(2)内控制显示键盘的电路，按照预先实验测定和标定好的检测装置的分度数、分度值等数据，根据汽车制动中的f1、f2计算出mx并显示出来。控制电路用于控制车厢锁紧机构等控制元件。如图4所示。
本发明同样适用于采用非弹簧线圈传感器组成的汽车载重量车载动态检测装置。
Claims (3)
1、汽车载重量车载动态检测装置，由载货车厢，测力传感器，加速度测量仪，控制显示键盘组成，其特征在于：载货车厢安装在底盘大梁导轨之上，用锁紧机构将载货车厢固定在导轨上，当需要检测载重量的时候，放开锁紧机构，在车速改变时产生的惯性力作用下载货车厢及其货物可在大梁导轨上沿纵向移动；测力传感器用来检测使载货车厢及其货物移动的合力；加速度测量仪用来检测载货车厢及其货物移动的加速度(可正可负)；控制显示键盘由安装在汽车驾驶室内的传感器电路、数据处理电路、控制电路、显示器以及操纵按键构成，它把由测力传感器和加速度测量仪检测到的数据通过数据处理电路计算出所载货物的重量，并显示出来。
2、按照权利要求1所述的汽车载重量车载动态检测装置，其特征在于所述载货车厢(1)与大梁导轨(3)、(4)之间采用滚动轮(16)、(17)(18)、(19)滚动摩擦方式接触；所述测力传感器为拉式弹簧线圈(21)和传感器电路构成，弹簧线圈(21)的活动端通过绝缘棒(22)与前滚动轮(17)、(18)的轮轴(14)固定，另一端通过绝缘棒(20)和固定轴(15)固定在大梁上，弹簧线圈(21)的两端用导线(23)、(24)引出，接所述控制显示键盘(37)的传感器电路；所述加速度测量仪由拉式弹簧线圈(31)和传感器电路构成的测力传感器与已知质量为mr的参考物体组成，弹簧线圈(31)的活动端通过绝缘棒(34)固定在滚动轮轴(29)(30)上，另一端通过绝缘棒(35)和固定轴(36)固定在大梁上，弹簧线圈(31)的两端用导线(32)、(33)引出接(37)中的传感器电路，参考物体mr由同载货车厢(1)的滚动轮(16)、(17)、(18)、(19)结构相同的滚动轮(25)、(26)、(27)、(28)以及轮轴(29)、(30)构成，滚动轮(25)、(26)、(27)、(28)同样安装在导轨之上，在惯性力作用下参考物体mr可在大梁导轨上沿纵向移动；在汽车制动产生的惯性力作用下，所述载货车厢及其货物和参考物体均沿着导轨向汽车前进方向移动，测力传感器检测出的F1、F2，经(37)中的数据处理电路，按公式
(mo+mx).a-(mo+mx).g.μ＝F1...............(1)，
mr.a-mr.g.μ＝F2....................................(2)，
即(mo+mx)(a-g.μ)＝F1...........................(3)，
mr.(a-g.μ)＝F2.......................................(4)，
(3)÷(4)得 mx＝(mr.F1/F2)-mo，
计算出mx，上式中mo为已知车厢质量，mx为货物的质量，mr为已知参考物体质量，a为汽车制动时加速度，g为重力加速度，μ为车厢和参考物体与导轨间的动摩擦因素，F1为测力传感器检测出的使载货车厢mo及其货物mx移动的合力，F2为加速度测量仪中测力传感器检测出的使参考物体移动的合力。
3、按照权利要求2所述的汽车载重量车载动态检测装置，其特征在于弹簧线圈(21)的活动端通过绝缘棒(22)与后滚动轮(16)、(19)的轮轴(13)固定，另一端通过绝缘棒(20)和固定轴(15)固定在大梁上；弹簧线圈(31)的固定端通过绝缘棒(35)和固定轴(36)固定在大梁靠车头顶端，活动端通过绝缘棒(34)、固定在位于大梁靠车厢方向一端的滚动轮轴(29)(30)上；在汽车加速时产生的惯性力作用下，所述载货车厢及其货物和参考物体均沿着导轨向汽车前进的反方向移动。
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